Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MĐ20) được ban hành chính thức theo Quyết định số 285/QĐ-CĐN ngày 21 tháng 7 năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Hà Nam. Tài liệu do ông Nguyễn Văn Tuyên chủ biên cùng tập thể giảng viên Khoa Cơ khí biên soạn, phục vụ công tác đào tạo chuyên ngành Hàn ở hai trình độ Cao đẳng và Trung cấp.

Trong khung chương trình đào tạo nghề Hàn, MĐ20 là mô đun chuyên ngành bắt buộc, được bố trí giảng dạy song song hoặc ngay sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH12 cùng các mô đun thực hành từ MĐ13 đến MĐ18. Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Về kiến thức: Trang bị cho người học hệ thống lý thuyết về thực chất, nguyên lý, đặc điểm công nghệ hàn TIG (Tungsten Inert Gas/GTAW); phân loại vật liệu khí bảo vệ, điện cực không nóng chảy, que hàn phụ; phân tích cấu tạo, nguyên lý vận hành nguồn điện và thiết bị phụ trợ; nhận biết khuyết tật mối hàn và các quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp.
  • Về kỹ năng: Rèn luyện năng lực vận hành máy hàn TIG (chế độ dòng AC/DC/xung); kỹ thuật mài sửa điện cực Wolfram; thiết lập các thông số chế độ hàn phù hợp với chiều dày và tính chất vật liệu; thực hiện thành thạo các mối hàn góc và giáp mối thép cacbon thấp ở các vị trí không gian 1F, 2F, 3F, 1G; kiểm tra đánh giá ngoại dạng sản phẩm.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành khả năng làm việc độc lập hoặc theo nhóm, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình công nghệ, chịu trách nhiệm đối với chất lượng mối hàn và có khả năng hướng dẫn, giám sát kỹ thuật cho người khác.

Giáo trình được cấu trúc theo phương pháp mô đun tích hợp lý thuyết gắn liền với quy trình công nghệ thực hành. Nội dung kết hợp giữa lý thuyết chuyên sâu và hệ thống bảng tra thông số kỹ thuật chuẩn hóa, giúp người học chuyển hóa kiến thức công nghệ thành kỹ năng thao tác chuẩn xác tại xưởng cơ khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình Hàn TIG cơ bản gồm 6 bài học chuyên đề được sắp xếp theo trình tự logic từ cơ sở lý thuyết công nghệ, vận hành thiết bị đến các bài thực hành kỹ năng hàn liên kết ở các vị trí không gian:

  1. Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (Mã bài: 20.01): Cung cấp nguyên lý nhiệt hồ quang (nhiệt độ đạt trên 6100°C); đặc tính các loại khí bảo vệ đơn chất ($Ar$, $He$) và hỗn hợp khí ($Ar+He$, $Ar+H_2$); phân loại điện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12; quy chuẩn que hàn phụ theo ISO/R564; cấu tạo mỏ hàn, hệ thống làm mát bằng khí/nước; van giảm áp và lưu lượng kế; đặc tính dòng điện hàn (DCEN, DCEP, AC sóng sin, AC sóng vuông); các dạng khuyết tật mối hàn (rỗ khí, lẫn Wolfram, lẫn oxit) và an toàn bức xạ hồ quang, khói độc, bình khí cao áp.
  2. Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (Mã bài: 20.02): Khảo sát cấu tạo và ý nghĩa các nút chức năng trên bảng điều khiển máy hàn (điển hình như dòng máy PANASONIC và MATRIX 5000 AC/DC CEA); nguyên lý chu trình hàn và hàn xung (Pulse TIG); quy trình 4 bước vận hành (đấu nối nguồn/khí, mở máy, điều chỉnh chế độ, tắt máy an toàn); các thông số chế độ hàn (chiều dài hồ quang $0{,}5 \div 3,\text{mm}$, tốc độ hàn $100 \div 250,\text{mm/phút}$, cường độ dòng hàn theo chiều dày); kỹ thuật mài góc côn điện cực ($30^\circ \div 60^\circ$ cho DCEN, bán cầu cho AC/DCEP); phương pháp mồi hồ quang không tiếp xúc (cao tần HF $250 \div 1000,\text{kHz}$) và tiếp xúc quẹt.
  3. Bài 3: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn 1F (Mã bài: 20.03): Quy trình đọc bản vẽ kết cấu chữ T phôi thép CT3 kích thước $170 \times 30 \times 3,\text{mm}$ (kích thước cạnh hàn $K = 3 \div 4,\text{mm}$); gá đính phôi; chế độ hàn ($I_h = 110,\text{A}$, $d_q = 2{,}4,\text{mm}$, lưu lượng $Ar = 8,\text{l/phút}$, vận tốc hàn $v_h = 25,\text{cm/phút}$); thao tác mỏ hàn theo phương pháp hàn trái; các bước kiểm tra ngoại dạng và bảng phòng ngừa khuyết tật cháy cạnh, thiếu ngấu, rỗ khí.
  4. Bài 4: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn 2F (Mã bài: 20.04): Kỹ thuật hàn góc ngang thép CT3; kiểm soát khoảng cách đầu mỏ hàn đến bề mặt vật hàn ($8 \div 10,\text{mm}$); kỹ thuật giữ góc độ que hàn phụ và mỏ hàn để tránh kim loại lỏng chảy xệ; thông số vận hành ($I_h = 110,\text{A}$, $U_h = 12,\text{V}$, đường kính điện cực $2{,}4,\text{mm}$, dây hàn $1{,}6,\text{mm}$, $v_h = 250,\text{mm/phút}$, mỏ phun $9{,}5,\text{mm}$, lưu lượng khí $10,\text{l/phút}$).
  5. Bài 5: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn 3F (Mã bài: 20.05): Kỹ thuật hàn góc đứng thép CT3; kỹ thuật dao động mỏ hàn đi lên và duy trì bể hàn ổn định; chế độ hàn điều chỉnh giảm nhiệt lượng ($I_h = 100,\text{A}$, $U_h = 12,\text{V}$, $v_h = 20 \div 25,\text{cm/phút}$); kiểm tra kích thước vảy hàn và khắc phục lỗi lệch cạnh.
  6. Chủ đề hàn giáp mối vị trí hàn 1G: Kỹ thuật vát mép và hàn giáp mối tấm phẳng thép cacbon thấp ở vị trí hàn bằng; khống chế độ sâu ngấu chân đường hàn và hình dáng lớp lót.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Nguyên lý nhiệt học và bảo vệ khí trơ: Bản chất hồ quang sinh ra giữa điện cực không nóng chảy Wolfram và kim loại cơ bản trong môi trường khí $Ar$ (độ tinh khiết 99,9%, tỷ trọng 1,33), khí $He$ (tỷ trọng 0,13) hoặc khí trộn $Ar+H_2$ nhằm ngăn cản $O_2$ và $N_2$ xâm nhập vũng hàn ở nhiệt độ trên 6100°C.
  • Quy luật phân bố nhiệt điện cực và cực tính:
    • Dòng DCEN (nối thuận): 70% nhiệt lượng tập trung vào chi tiết, 30% vào điện cực, tạo độ ngấu sâu và hẹp.
    • Dòng DCEP (nối nghịch): 70% nhiệt lượng tập trung vào điện cực, 30% vào chi tiết, có tác dụng tẩy sạch màng oxit bề mặt nhưng làm tù đầu điện cực, tạo độ ngấu nông và rộng.
    • Dòng AC (xoay chiều): Cân bằng nhiệt 50% chi tiết / 50% điện cực, nửa chu kỳ dương phá vỡ oxit nhôm ($Al_2O_3$), nửa chu kỳ âm làm nóng chảy kim loại cơ bản.
  • Tiêu chuẩn vật liệu hàn:
    • Hệ thống điện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12: $EWP$ (Wolfram nguyên chất 99,5% - đầu xanh lá cây), $EWTh$ (chứa $ThO_2$ - mồi hồ quang ổn định), $EWZr$ (chứa $ZrO_2$ - dùng cho nguồn AC), $EWCe$ (chứa $CeO_2$ - đầu da cam, không phóng xạ), $EWLa$ (chứa $La_2O_3$ - đầu đen).
    • Que hàn phụ theo tiêu chuẩn ISO/R564 với các dải đường kính $1{,}2$; $1{,}6$; $2{,}0$; $2{,}4$; $3{,}2,\text{mm}$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác đấu nối chuẩn xác hệ thống điện - khí; mài đầu điện cực đúng góc côn $30^\circ \div 60^\circ$ theo trục dọc trên đá hạt mịn; sử dụng bộ tạo cao tần (HF) để mồi hồ quang không tiếp xúc ở khoảng cách $3,\text{mm}$; thiết lập chính xác các thông số Up slope ($0{,}1 \div 5,\text{s}$), Down slope ($0{,}2 \div 10,\text{s}$), Pulse Frequency ($0{,}5 \div 10,\text{Hz}$), Pulse Current ($5 \div 250,\text{A}$) trên máy hàn điện tử.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích hình thái khuyết tật ngoại dạng; xác định nguyên nhân kỹ thuật gây ra cháy cạnh (do $I_h$ quá lớn hoặc di chuyển quá nhanh), lẫn Wolfram (do điện cực chạm bể hàn hoặc que hàn chạm điện cực), rỗ khí (do thiếu khí bảo vệ hoặc lưu lượng không chuẩn); tính toán cường độ dòng hàn thực nghiệm theo công thức $I_h = 40,\text{A/mm}$ bề dày ở tốc độ $250,\text{mm/phút}$ và $I_h = 16,\text{A/mm}$ ở tốc độ $100,\text{mm/phút}$.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Gá đính phôi hàn chắc chắn (chiều dài mối đính $\le 15,\text{mm}$); phối hợp tay điều khiển mỏ hàn theo phương pháp hàn trái và tay bón que hàn phụ liên tục trong vùng khí bảo vệ; thực hiện hoàn chỉnh liên kết góc thép CT3 ở các tư thế 1F, 2F, 3F đảm bảo kích thước cạnh mối hàn $K = 3 \div 4,\text{mm}$, độ cong vênh cho phép dưới $1{,}5,\text{mm}$ trên toàn bộ chiều dài phôi.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp giảng dạy tích hợp (tích hợp giữa giảng giải lý thuyết công nghệ và tổ chức luyện tập kỹ năng tại xưởng):

  • Tiếp cận sư phạm: Mỗi bài học đều mở đầu bằng mục tiêu rõ ràng về Kiến thức - Kỹ năng - Thái độ, tiếp nối bởi phần bản vẽ kỹ thuật chi tiết, bảng liệt kê thiết bị/dụng cụ, bảng thông số chế độ hàn định lượng, quy trình các bước thực hiện và kết thúc bằng bảng tổng hợp lỗi sai hỏng kèm biện pháp khắc phục.

  • Hệ thống bài tập thực hành định lượng: Các bài tập kỹ năng tại Bài 2, Bài 3, Bài 4, Bài 5 đều gắn liền với phôi mẫu chuẩn (thép tấm CT3 dày $3,\text{mm}$ hoặc $8,\text{mm}$, quy cách $170 \times 30,\text{mm}$) và dòng máy hàn công nghiệp cụ thể như MATRIX 5000 AC/DC CEA. Thời gian thực hành được khống chế nghiêm ngặt (01 giờ cho mỗi bài tập hàn góc, bao gồm 10 phút chỉnh máy và thử hồ quang).

  • Phương pháp đánh giá: Sử dụng thang điểm 100 với tiêu chí định lượng rõ ràng:

    • Điểm ngoại dạng sản phẩm (Khách quan): Tối đa 70 điểm (đánh giá độ thẳng, độ ngấu, độ bám đều hai mép, kích thước cạnh mối hàn $K = 3 \div 4,\text{mm}$, độ cong vênh $\le 1{,}5,\text{mm}$, không có rỗ khí, không cháy cạnh, không ngậm Wolfram).
    • Điểm tuân thủ quy trình và an toàn: Tối đa 30 điểm (thao tác chuẩn bị, bảo hộ lao động, chỉnh thông số máy, tư thế thao tác, vệ sinh công nghiệp).
    • Quy định loại trừ: Bài tập thực hiện vượt quá 25% thời gian cho phép hoặc sai phương pháp/vị trí quy định sẽ bị loại không tính điểm; vi phạm an toàn lao động bị đình chỉ thực tập.

  • Hướng dẫn tự học: Sau mỗi bài học đều có hệ thống câu hỏi lý thuyết ôn tập (tập trung vào cấu tạo mỏ hàn, nguyên lý làm việc của máy hàn, kỹ thuật mài điện cực, trình tự hàn từng tư thế) và bài tập kỹ năng ứng dụng nhằm giúp học viên tự rèn luyện khả năng tư duy phân tích quy trình.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ hàn xung và nguồn xung sóng vuông: Giáo trình phân tích chi tiết ứng dụng của dòng điện hàn xung (Pulse TIG) và nguồn điện xoay chiều sóng vuông (Square Wave AC). Công nghệ này cho phép giảm $30%$ biên độ dòng đỉnh so với sóng sin cùng công suất nhiệt, giúp hạn chế rỗ xốp, tăng độ ngấu, kiểm soát công suất nhiệt khi hàn các chi tiết thành mỏng dưới $1,\text{mm}$ và đường hàn lót đáy ống.
  • Tiếp cận thiết bị điều khiển công nghiệp thực tế: Đưa vào tài liệu sơ đồ bảng điều khiển của các dòng máy công nghệ biến tần và vi điều khiển PWM như PANASONIC và MATRIX 5000 AC/DC CEA, bao gồm các nút chức năng: Crater (On - Off - Repeat), Up slope ($0{,}1 \div 5,\text{s}$), Down slope ($0{,}2 \div 10,\text{s}$), Gas Check, Arc spot, Pulse Frequency ($0{,}5 \div 10,\text{Hz}$).
  • Hệ thống dữ liệu kỹ thuật tra cứu toàn diện:
    • Bảng mã màu nhận diện điện cực Wolfram theo AWS A5.12 (Green, Orange, Black, Red...).
    • Bảng lựa chọn đường kính chụp khí ceramic/oxit nhôm ($5 \div 19,\text{mm}$) tương ứng với dải dòng hàn từ dưới $70,\text{A}$ đến $350,\text{A}$.
    • Bảng tra thông số chế độ hàn độc lập cho từng nhóm vật liệu: thép cacbon thấp, thép không gỉ (Inox), nhôm và hợp kim nhôm, đồng và hợp kim đồng.
    • Bảng tỷ lệ phối trộn khí bảo vệ chuyên dụng: hỗn hợp $Ar + 5% H_2$ làm sạch mối hàn tay; $Ar + 15% H_2$ dùng cho hàn cơ khí hóa thép không gỉ dày đến $1{,}6,\text{mm}$; các tỷ lệ $Ar + He$ ($75/25$, $50/50$, $25/75$) để tăng nhiệt lượng hàn kim loại tản nhiệt nhanh.
  • Quy chuẩn an toàn lao động chi tiết: Đưa ra các chỉ dẫn an toàn cụ thể đối với bức xạ hồ quang TIG nhiệt độ cao, bảo vệ da và mắt bằng mặt nạ lọc sáng chuyên dụng; giải pháp thông gió chống khí độc sinh ra từ dầu mỡ/sơn cháy; quy định an toàn khi sử dụng và cố định bình khí trơ áp suất cao bằng dây xích trên xe đẩy.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên: Dành cho học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí hoặc Cơ khí Chế tạo.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành hoặc tích lũy song song kiến thức từ các môn học kỹ thuật cơ sở MH07 đến MH12 (Vật liệu học, Dung sai - Đo lường, Vẽ kỹ thuật, An toàn lao động...) và các mô đun thực hành cơ bản MĐ13 đến MĐ18 (Nguội cơ bản, Hàn hồ quang tay, Hàn khí...).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chuẩn mực cho mô đun MĐ20, dùng làm căn cứ biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành và xây dựng barem chấm thi kết thúc mô đun theo chuẩn 100 điểm.
  • Tài liệu tham khảo chuyên môn: Kỹ thuật viên, thợ hàn tại các nhà máy, xưởng chế tạo cơ khí có thể sử dụng giáo trình để tra cứu nhanh thông số chế độ hàn, kích thước chụp khí, góc mài điện cực và phương pháp xử lý các khuyết tật mối hàn TIG trong sản xuất thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp cho cấp độ đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn chính thức theo chương trình đào tạo nghề Hàn ở hai trình độ Cao đẳng và Trung cấp, đồng thời là tài liệu tra cứu kỹ thuật cho thợ hàn tại các cơ sở sản xuất cơ khí.

2. Cần hoàn thành những học phần nào trước khi học mô đun này?

Người học cần hoàn thành hoặc học song song các môn học cơ sở từ MH07 đến MH12 cùng các mô đun kỹ năng nền tảng từ MĐ13 đến MĐ18 để nắm vững kiến thức về vật liệu, bản vẽ kỹ thuật và thao tác gia công cơ khí cơ bản.

3. Giáo trình cung cấp các thông số công nghệ cụ thể cho những loại vật liệu nào?

Giáo trình cung cấp bảng tra cứu thông số chế độ hàn chi tiết cho thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp, thép Austenit Cr-Ni (inox), nhôm và hợp kim nhôm, đồng và hợp kim đồng, cũng như các kim loại hoạt tính cao như Titan, Tantal.

4. Kỹ thuật kiểm tra và thang điểm đánh giá kết quả thực hành được quy định thế nào?

Kết quả thực hành được chấm theo thang điểm 100: 70 điểm đánh giá ngoại dạng mối hàn (kích thước $K=3\div 4,\text{mm}$, độ cong vênh $\le 1{,}5,\text{mm}$, không rỗ khí, không cháy cạnh, không lẫn Wolfram) và 30 điểm đánh giá việc tuân thủ quy trình, bảo hộ an toàn và vận hành thiết bị. Thời gian vượt quá 25% sẽ không được tính điểm.

5. Những tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế nào được trích dẫn trong giáo trình?

Giáo trình sử dụng hệ thống tiêu chuẩn quốc tế gồm tiêu chuẩn điện cực Wolfram AWS A5.12 của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ và tiêu chuẩn kích thước que hàn phụ ISO/R564 của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.

Kết luận

Giáo trình Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MĐ20) của Trường Cao đẳng nghề Hà Nam là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, chuẩn hóa hệ thống kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành công nghệ hàn GTAW. Giá trị cốt lõi của giáo trình thể hiện qua tính chính xác về dữ liệu thông số công nghệ, bám sát các tiêu chuẩn quốc tế AWS A5.12, ISO/R564 và gắn liền với các dòng máy hàn công nghiệp thực tế.

Lộ trình đào tạo được thiết kế khoa học: từ nắm vững nguyên lý vật liệu/khí bảo vệ/điện cực, làm chủ kỹ thuật vận hành máy và mài điện cực, đến thực hiện thành thạo các liên kết hàn góc 1F, 2F, 3F và giáp mối 1G. Đây là tài liệu phục vụ hiệu quả cho công tác giảng dạy, học tập và tra cứu kỹ thuật chuyên ngành cơ khí hàn.